JP2005318631A - Method for reducing peak-to-average power ratio using code book in code division multiple access communication, and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CDMA(符号分割多重接続)通信システムに関し、より詳細には、PAPR(ピーク対平均電力比)を低減するDS−CDMA(Direct Sequence CDMA)システムに関する。 The present invention relates to a CDMA (Code Division Multiple Access) communication system, and more particularly, to a DS-CDMA (Direct Sequence CDMA) system that reduces PAPR (Peak to Average Power Ratio).
CDMA技術は、複数の情報信号を同一チャネルで伝送し、各ユーザ・サブチャネルを一意の拡散符号で符号化して差別化する。当初、CDMAネットワークは、音声トラフィックだけを搬送するために設計されていたため、データ転送速度の可変性は限られていた。しかし今や、CDMAネットワークは、それぞれが潜在的に異なるデータ転送速度やサービス品質を必要とする多様な用途を包含するように発展しつつある。拡散符号を4つ用いるCDMAシステムは、「拡散係数」が4であるとされ、4つの個別データ・ストリームを伝送できる。 In the CDMA technology, a plurality of information signals are transmitted on the same channel, and each user subchannel is encoded with a unique spreading code to be differentiated. Initially, CDMA networks were designed to carry only voice traffic, so the variability in data rate was limited. Now, however, CDMA networks are evolving to encompass a variety of applications, each requiring potentially different data rates and quality of service. A CDMA system using four spreading codes has a “spreading factor” of four and can transmit four separate data streams.
所与のCDMA送信機の出力は、一般に、各データ・ストリームに、その対応する拡散符号を乗じたものの和sである。拡散係数が4であるシステムの場合、16個の出力ベクトルsが存在しうる。そのようなCDMAのピーク対平均電力比が、ピーク・エネルギーを平均エネルギーで割ったものの、可能な各出力ベクトルs全体にわたる最大値であることは明らかであろう。CDMAシステムのピーク対平均電力比が1より大きい場合は、明らかに、様々な信号の電力が変動している。したがって、通信装置においてよく見られるように、出力ベクトルsが送信前に非線形増幅器で増幅される場合は、送信信号が、ありうる各出力ベクトルsのそれぞれに対して異なるように増幅され、それによって、非線形歪みが発生する。
そこで、ピーク対平均電力比を低減できるCDMAシステムが必要とされる。 Therefore, a CDMA system that can reduce the peak-to-average power ratio is needed.
主に、CDMAシステムで使用するコード・ブックを生成する方法および装置を提供する。コード・ブックは、ユーザ・データを符号化するために使用される複数のベクトルからなる。本発明の一態様によれば、コード・ブックにおける各ベクトルの振幅および極性は、ピーク対平均電力比を低減するように選択される。この振幅値は、チップ当たりの所望の平均エネルギーを維持しながらピーク対平均電力比を低減するように選択できる。チップ当たりの所望のエネルギーは、より低次の拡散係数を有するCDMAシステムのチップ当たりのエネルギーに基づくようにできる。 Mainly, a method and apparatus for generating a code book for use in a CDMA system is provided. A code book consists of a plurality of vectors used to encode user data. According to one aspect of the invention, the amplitude and polarity of each vector in the code book is selected to reduce the peak to average power ratio. This amplitude value can be selected to reduce the peak to average power ratio while maintaining the desired average energy per chip. The desired energy per chip can be based on the energy per chip of a CDMA system having a lower order diffusion coefficient.
一例示的実施態様では、CDMAシステムは、8つの個別データ・ストリームを伝達するために拡散係数8を有する。所望のデータ転送速度(たとえば、拡散係数が4であるCDMAシステムのデータ転送速度)を維持するために、1つまたは複数のデータ・ストリームを予約できる。例示的なコード・ブックで用いられるベクトルは、よく用いられる、拡散係数が4である従来のCDMAシステムに比べてピーク対平均電力比を大幅に低減できる振幅値を有する。さらなる一変形形態では、第1の信号対雑音比の条件下で第1のコード・ブックを用い、第2の信号対雑音比の条件下で第2のコード・ブックを用いることによって性能をさらに向上させることができる。 In one exemplary implementation, a CDMA system has a spreading factor of 8 to convey eight separate data streams. One or more data streams can be reserved to maintain a desired data rate (eg, a CDMA system with a spreading factor of 4). The vectors used in the exemplary code book have amplitude values that can significantly reduce the peak-to-average power ratio as compared to the commonly used conventional CDMA system with a spreading factor of 4. In a further variation, the performance is further improved by using a first code book under conditions of a first signal to noise ratio and using a second code book under conditions of a second signal to noise ratio. Can be improved.
システムの観点では、本発明の機能を組み込んだCDMA送信機は、符号化されたデータ・ストリームに、対応する拡散符号を乗ずる乗算器を複数備える。符号化されたデータ・ストリームは、複数のベクトルからなるコード・ブックに基づき、そのベクトルのそれぞれは、本発明に従って、ピーク対平均電力比を低減するように選択された、均一でない振幅値を有する。
このあとの詳細な説明および図面を参照することにより、本発明ならびに本発明のさらなる特徴および利点をより完全に理解できよう。
From a system point of view, a CDMA transmitter incorporating the features of the present invention comprises a plurality of multipliers that multiply the encoded data stream by a corresponding spreading code. The encoded data stream is based on a code book consisting of a plurality of vectors, each of which has non-uniform amplitude values selected to reduce the peak-to-average power ratio in accordance with the present invention. .
The invention and further features and advantages of the invention can be more fully understood with reference to the following detailed description and drawings.
図1は、拡散係数(SF)が4である、従来のDS−CDMAシステム100を示している。従来のDS−CDMAシステム100は、たとえば、携帯電話で使用されている。例示的なDS−CDMAシステム100の詳細については、たとえば、この参照により開示に含まれる、T.Ottosson「Precoding for Minimization of Envelope Variations in Multicode DS−CDMA Systems」、Wireless Personal Communications,13、57〜78頁、2000年を参照されたい。
FIG. 1 shows a conventional DS-
図1に示した従来のDS−CDMAシステム100は、ストリーム0、1、2、3の情報をそれぞれ搬送する4つの情報ストリームa0、a1、a2、a3を同時送信するために用いられる。変数a0、a1、a2、a3は、ベクトルa=(a0,a1,a2,a3)を形成する。ベクトルsは、出力ベクトルと呼ばれ、通信チャネルに出力される。ベクトルc 0、c 1、c 2、c 3は拡散シーケンスである。一般に、各情報ストリームa0、a1、a2、a3に、対応する拡散シーケンスc 0、c 1、c 2、c 3が、対応する乗算器110−1〜110−4によってそれぞれ乗ぜられ、それらの拡散信号がステージ120で結合され、チャネルに出力される。
The conventional DS-
図2は、図1のDS−CDMAシステム100で用いることのできる例示的なコード・ブックA 200を示している。したがって、ベクトルaは、図2のコード・ブックAを形成する。i番目の情報ストリームの情報ビットが、ベクトルaのi番目のエントリの符号に符号化される。論理0(0)はベクトルaの正のエントリに対応し、論理1(1)は負のエントリに対応する。たとえば、0番目と3番目の情報ストリームで論理0を送信し、1番目と2番目の情報ストリームで論理1を送信する場合は、ベクトルa=(a,−a,−a,a)を送信する。値aは、送信信号の振幅である。一般に、4つの情報ストリームa0、a1、a2、a3のそれぞれの振幅は同一である。従来のDS−CDMAシステム100のいくつかの実施態様では、4つの情報ストリームa0、a1、a2、a3のうちの1つまたは複数の振幅を増大させ、それに対応して、ストリームのエネルギーを増大させる(したがって、保護を強化する)ことができる。たとえば、パイロット信号に関連付けられる場合があるストリームa0の振幅を増大させて、チャネル推定を改善することができる。
ベクトルc 0、c 1、c 2、c 3は、対応する情報ストリームに割り当てられた拡散シーケンスである。
拡散シーケンスc 0、c 1、c 2、c 3は、次のように定義される。
c 0=(1,1,1,1)
c 1=(1,−1,1,−1)
c 2=(1,1,−1,−1)
c 3=(1,−1,−1,1)
これらのシーケンスは、次式に示すように、よく知られた4次元アダマール行列H4の行を形成する(たとえば、F.J.MacWilliams、N.J.A.Sloane、「The Theory of Error−Correcting Codes」、North−Holland、1977年を参照されたい)。
(x0,x1,...,xn−1)・(y0,y1,...,yn−1)=x0y0+x1y1+...xn−1yn−1
たとえば、
c 1・c 2=(1,−1,1,−1)・(1,1,−1,−1)=1−1−1+1=0であるが、
c 1・c 1=(1,−1,1,−1)・(1,−1,1,−1)=1+1+1+1=4である。
FIG. 2 shows an exemplary code book A 200 that can be used in the DS-
The vectors c 0 , c 1 , c 2 , c 3 are spreading sequences assigned to the corresponding information streams.
The spreading sequences c 0 , c 1 , c 2 , c 3 are defined as follows:
c 0 = (1,1,1,1)
c 1 = (1, -1,1, -1)
c 2 = (1,1, -1, -1)
c 3 = (1, −1, −1,1)
These sequences form the rows of the well-known four-dimensional Hadamard matrix H 4 as shown in the following equation (for example, FJ MacWilliams, NJA ASlone, “The Theory of Error− Collecting Codes ", North-Holland, 1977).
(X 0 , x 1 ,..., X n−1 ) · (y 0 , y 1 ,..., Y n−1 ) = x 0 y 0 + x 1 y 1 +. . . x n-1 y n-1
For example,
c 1 · c 2 = (1, -1,1, -1) · (1,1, -1, -1) = 1-1-1 + 1 = 0,
c 1 · c 1 = (1, -1,1, -1) · (1, -1,1, -1) = 1 + 1 + 1 + 1 = 4.
出力ベクトルs=(s0,s1,s2,s3)は、変調された後にチャネルに送信されるが、このベクトルは次式で計算される。
s=a・H4=a0 c 0+a1 c 1+a2 c 2+a3 c 3
乗算ai c iは、4チップ分の時間を占有する。したがって、図1のDS−CDMAシステム100のような、拡散係数が4であるDS−CDMAシステムは、変数a0、a1、a2、a3の値を、連続する4チップごとより早く変えることができない。
The output vector s = (s 0 , s 1 , s 2 , s 3 ) is transmitted to the channel after being modulated, and this vector is calculated by the following equation.
s = a · H 4 = a 0 c 0 + a 1 c 1 + a 2 c 2 + a 3 c 3
The multiplication a i c i occupies time for 4 chips. Accordingly, a DS-CDMA system with a spreading factor of 4, such as the DS-
したがって、DS−CDMAシステム100は、変数a0、a1、a2、a3が4チップごとに新しい値をとるシステムであり、変数a0は、mチップごとにのみ新しい値をとる(mは8で割り切れる整数である)。システム100では、0番目のストリームが特別な役割を果たすことになっている。たとえば、携帯電話の0番目のストリームは音声の伝送に使用でき、他のストリームはデータの伝送に使用できる。音声は、データと比べて変化が格段に遅いので、a0は、連続するiチップごとに新しい値をとればよい。一般的かつ重要な別のケースは、0番目のストリームをパイロット信号の伝送に用いる場合である。通常、パイロット信号は、長い時間間隔(たいていは256チップ)にわたって一定であるため、復号器がチャネル・フェーディング係数を精度よく推定することを可能にする。
Therefore, the DS-
DS−CDMAシステム100の速度は、チップごとに送信される情報ビットの平均の数として定義される。DS−CDMAシステム100の速度は、次式で表すことができる。
ベクトルsは、例示的なチャネルを介しての送信中に、付加雑音によって破損し、ベクトルx=s+zが受信される(zは雑音のベクトルである)。aiの値を復元するために、次式のように、受信ベクトルxにベクトルc iを乗ずる逆拡散手続きを用いる。
hi=x・c i=(s+z)・c i=(a0 c 0+a1 c 1+a2 c 2+a3 c 3)・c i+zc i (3)
式(1)の直交性を考慮すると、次式が得られる。
hi=4ai+z・c i
最後に、hiの符号を計算し、元のビットを
h i = x · c i = (s + z) · c i = (a 0
Considering the orthogonality of equation (1), the following equation is obtained.
h i = 4a i + z · c i
Finally, to calculate the sign of h i, the original bit
たとえば、一般性を損なうことなく、a=1と仮定できる。a=(1,−1,1,1)とし、z=(2.1,−1.8,−1.85,−1.75)とすると、s=(2,2,−2,2)およびh=(2.1,−1.8,−1.85,−1.75)となる。たとえば、式(3)に従ってh1を計算すると、h1は−3.3となり、
変数a0は、mチップごとにのみ値が変化し、シーケンスc 0=(1,1,1,1)の支援によって拡散されるので、a0の値の再構成には別のルールを用いる。x (i),i=1,...,m/4は、mチップを送信した後にチャネルから受信したベクトルを表す。z (i),i=1,...,m/4は、対応する雑音ベクトルを表す。値a0を求めるために、次式を計算し、
DS−CDMAシステム100のようなDS−CDMAシステムのビット・エラー確率は、次のように定義される。
信号x=(x0,x1,....,xn−1)のエネルギーは、
したがって、出力ベクトルsのチップ当たりの平均エネルギーは、次式のとおりである。
The bit error probability of a DS-CDMA system, such as DS-
The energy of the signal x = (x 0 , x 1 ,..., X n−1 ) is
Therefore, the average energy per chip of the output vector s is as follows:
このシステムのチップ当たりの平均エネルギーは、図2に示したコード・ブックAにあるベクトルに対応する、ありうる16個のベクトルsのすべてを平均した値E(s)として、次式のように定義される。
Hnをn次元のアダマール行列とし、y=(y0,...,yn−1)を実ベクトルとし、ν=yHnとする。パーセバルの公式(たとえば、F.J.MacWilliams、N.J.A.Sloane、「The Theory of Error−Correcting Codes」、第14.3章、系3を参照されたい)によれば、次式で表されるベクトルyのエネルギーは、
E(ν)=nE(y) (7)
ベクトルa=(a0,a1,a2,a3)が送信されると、パーセバルの公式(式(7))に従って、対応する出力ベクトルsは、次式で与えられるチップ当たりの平均エネルギーを有する。
EA=4a2 (9)
The average energy per chip of this system is the value E ( s ), which is the average of all 16 possible vectors s corresponding to the vectors in code book A shown in FIG. Defined.
Let H n be an n-dimensional Hadamard matrix, y = (y 0 ,..., Y n-1 ) be a real vector, and ν = y H n . According to Perseval's formula (see, for example, F.J.MacWilliams, N.J.A. Sloane, "The Theory of Error-Correcting Codes", Chapter 14.3, System 3), The energy of the vector y represented is
E ( ν ) = nE ( y ) (7)
When the vector a = (a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ) is transmitted, according to the Parseval formula (equation (7)), the corresponding output vector s is the average energy per chip given by Have
E A = 4a 2 (9)
これにより、DS−CDMAシステム100のPAPRが推定される。出力ベクトルs=(s0,s1,s2,s3)の半分が、s0、s1、s2、s3のうちの3つの変数は0で、1つの変数の絶対値が|4a2|であるという性質を有するのは明らかであろう。たとえば、a=(a,a,−a,−a)であれば、対応する出力ベクトルは、s=(0,0,4a,0)という形になる。出力ベクトルの次の半分は、変数s0、s1、s2、s3のすべての絶対値が同じ値|2a|であるという性質を有する。たとえば、a=(a,−a,a,a)であれば、s=(2a,2a,−2a,2a)である。したがって、式(6)、(5)、および(9)から、DS−CDMAシステム100のピーク対平均電力比を次式で表すことができる。
DS−CDMAシステムの改良
図3は、本発明の機能を組み込んだDS−CDMAシステム300を示している。例示的なDS−CDMAシステム300は、拡散係数SF=8を提供し、従来のDS−CDMAシステム100と比較して、ピーク対平均電力比およびビット・エラー確率を低減する。DS−CDMAシステム300は、種々の実施態様において、0番目のストリームで送信される信号の(i)速度、(ii)チップ当たりの平均エネルギー、および(iii)振幅aを、従来のDS−CDMAシステム100と同じにすることができる。これにより、チップ当たりの平均電力を増やすことなく、従来のシステムの速度を維持できる。さらに、0番目のストリームで送信される信号の電力が変わらないことから、ビット・エラー確率も同じになる。0番目のストリームはシステムにおいて特別な役割を果たすので、0番目のストリームのビット・エラー確率をDS−CDMAシステム100並みに保つことは重要である。たとえば、0番目のストリームを用いてパイロット信号を送信した場合、その信号の振幅が減少すると、チャネル・フェーディング係数の推定が不正確になり、他の情報ストリームの復号が失敗することにつながる。
DS-CDMA System Improvement FIG. 3 shows a DS-
ベクトルb=(b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7)を、後で図4と併せて定義するコード・ブックから取得する。例示的実施態様では、ストリーム0、1、...、6だけが情報を搬送し、ストリーム7は補助的役割を果たす。変数b0、...、b6の符号(極性)は、DS−CDMAシステム100と同様に、送信されたビットの値を表す。たとえば、正のエントリを論理0に対応させ、負のエントリを論理1に対応させることができる。絶対値|b0|、...、|b7|は、送信信号の振幅を表す。本発明のDS−CDMAシステム300では、(所望の平均エネルギーEAが維持されるように)異なるストリームの信号に対し、異なる振幅と極性を選択する。
拡散シーケンスw 0,w 1,...,w 7を次のように表すことができる。
w 0=(1,1,1,1,1,1,1,1,)
w 1=(1,−1,1,−1,1,−1,1,−1,)
w 2=(1,1,−1,−1,1,1,−1,−1,)
w 3=(1,−1,−1,1,1,−1,−1,1,)
w 4=(1,1,1,1,−1,−1,−1,−1,)
w 5=(1,−1,1,−1,−1,1,−1,1,)
w 6=(1,1,−1,−1,−1,−1,1,1,)
w 7=(1,−1,−1,1,−1,1,1,−1,)
The vector b = (b 0 , b 1 , b 2 , b 3 , b 4 , b 5 , b 6 , b 7 ) is obtained from a code book defined later in conjunction with FIG. In the exemplary embodiment, streams 0, 1,. . . , 6 carry information and stream 7 plays an auxiliary role. Variables b 0 ,. . . , B 6 sign (polarity) represents the value of the transmitted bit as in the DS-
Spread sequences w 0 , w 1 ,. . . , W 7 can be expressed as follows:
w 0 = (1,1,1,1,1,1,1,1,)
w 1 = (1, -1,1, -1,1, -1, -1, -1,)
w 2 = (1,1, -1, -1, -1,1, -1, -1, -1)
w 3 = (1, -1, -1, -1,1, -1, -1, -1,1)
w 4 = (1,1,1,1, −1, −1, −1, −1,)
w 5 = (1, -1,1, -1, -1, -1, -1,1,)
w 6 = (1,1, -1, -1, -1, -1, -1,1,1)
w 7 = (1, -1, -1, -1, -1, -1,1, -1,)
シーケンスw 0,w 1,...,w 7は、8次元アダマール行列H8の行を形成し、したがってそれらは直交する。変数b1,...,b6は8チップごとに新しい値を取得し、変数b0はmチップごとに新しい値を取得する。8チップの時間間隔の間に、従来のDS−CDMAシステム100は(2サイクルで)6ビットを送信できる。したがって、同じ8チップの時間間隔でDS−CDMAシステム300が6ビットを送信するためには、ユーザ・ストリームが6つあればよい。本発明の一態様によれば、7番目のユーザ・ストリームを用いて、性能を維持する(たとえば、PAPRを改善する)ことができる。したがって、DS−CDMAシステム300は、mチップの間に
行列GpcおよびGrmは、単一パリティ検査符号および長さ8の1次Reed−Muller符号(たとえば、F.J.MacWilliams、N.J.A.Sloane、「The Theory of Error−Correcting Codes」、North−Holland、1977年を参照されたい)の生成行列である。これらは、コード・ブックBの性質を定義する。
aを、従来のDS−CDMAシステム100で使用している信号振幅とし、c、e、およびdを、本発明のDS−CDMAシステム300の信号振幅とする。バイナリ・ベクトルu=(u0,u1,...,u6)が(0,0,...,0)から(1,1,...,1)までの27=128個のとりうる値のすべてをとるとする。各ベクトルuに対し、対応するベクトルbを、以下のコード・ブック生成プロセス400(図4)に従って定義する。
1.ν=uGpcを計算する。
2.h=Grm ν ⊥を計算する(⊥はベクトルの転置を表す)。
3.h ⊥=(0,0,0,0)の場合はt=2とし、それ以外の場合はt=1とする。
4.νi=1−2νi、i=0,...,7とする。
5.次のようにベクトルbを形成する。t=1の場合は、b0=av0およびbi=cνi、i=1,...,7とし、それ以外の場合は、b0=av0、bi=eνi、i=1,...,6、およびb7=−dν7とする。
The matrices G pc and G rm are a single parity check code and a
Let a be the signal amplitude used in the conventional DS-
1. v = u G pc is calculated.
2. Calculate h = G rm ν ⊥ (表 す represents vector transpose).
3. If h ⊥ = (0, 0, 0, 0) and t = 2, otherwise the t = 1.
4). ν i = 1-2ν i , i = 0,. . . , 7.
5). The vector b is formed as follows. For t = 1, b 0 = av 0 and b i = cν i , i = 1,. . . , 7; otherwise, b 0 = av 0 , b i = eν i , i = 1,. . . , 6 and b 7 = −dν 7 .
ベクトルbは、コード・ブックBを形成する。
たとえば、u=(0,1,1,0,0,0,0)とする。ν=(0,1,1,0,0,1,1,0)となり、さらにh ⊥=(0,0,0,0)となる。したがって、t=2およびb=(a,−e,−e,e,e−e,−e,d)となる。
The vector b forms the code book B.
For example, u = (0, 1, 1, 0, 0, 0, 0). ν = (0,1,1,0,0,1,1,0), and the further h ⊥ = a (0, 0, 0, 0). Therefore, t = 2 and b = (a, -e, -e, e, ee, -e, d).
エントリu4、u5、u6がすべて0である任意のベクトルuの場合、t=2となることは明らかであろう。さらなる例として、u=(0,1,1,0,0,0,1)とする。ν=(0,1,1,0,0,1,0,1)となり、さらにh ⊥=(0,1,0,0)となる。したがって、t=1およびb=(a,−c,−c,c,c,−c,c,−c)となる。
エントリu4、u5、u6のうちの少なくとも1つが0でない任意のベクトルuの場合、t=1となることは明らかであろう。
It will be apparent that for any vector u where the entries u 4 , u 5 , u 6 are all 0, t = 2. As a further example, let u = (0, 1, 1, 0, 0, 0, 1). ν = (0,1,1,0,0,1,0,1), and the further h ⊥ = a (0,1,0,0). Therefore, t = 1 and b = (a, -c, -c, c, c, -c, c, -c).
It will be apparent that t = 1 for any vector u in which at least one of the entries u 4 , u 5 , u 6 is not zero.
DS−CDMAシステム300のPAPR
t=1のケースに対応するベクトルbを第1種のベクトルと呼び、t=2のケースに対応するベクトルbを第2種のベクトルと呼ぶ。第1種のベクトルの数が7・16=112個であり、第2種のベクトルの数が16個であることは明らかであろう。
第1種のベクトルの電力は、a2+7c2である。第2種のベクトルの電力は、a+6e2+d2である。ベクトルの総数は27=128である。したがって、コード・ブックにあるベクトルの平均エネルギーは次式で与えられる。
A vector b corresponding to the case of t = 1 is called a first type vector, and a vector b corresponding to the case of t = 2 is called a second type vector. It will be apparent that the number of vectors of the first type is 7.16 = 112 and the number of vectors of the second type is 16.
The power of the first type vector is a 2 + 7c 2 . The power of the second type vector is a + 6e 2 + d 2 . The total number of vectors is 2 7 = 128. Therefore, the average energy of the vectors in the code book is given by
DS−CDMAシステム300におけるチップ当たりの平均エネルギーを従来のDS−CDMAシステム100の場合と同じに保つには、e、c、およびdの振幅を、EB=EAとなるように選択しなければならない(EAは式(8)で定義される)。
本発明のDS−CDMAシステム300のPAPRについて考える。第1種の任意のベクトルbに対して、対応する出力ベクトルs=bH8が、次式で表される同一の、エントリの絶対値のセットを有することは明らかであろう。
{|a+3c|,|a−c|,|a−5c|}
第1種のベクトルbを生成するベクトルuが、コセット・リーダの重みが2である1次Reed−Muller符号のコセットに属することに注意されたい。第2種のベクトルbについても同じことがあてはまる。この場合、出力ベクトルs=bHのエントリの絶対値のセットは次式で表される。
{|a+6e−d|,|a+d|,|a−2e−d|}
したがって、DS−CDMAシステム300のPAPRは次式で表される。
Consider the PAPR of the DS-
{| A + 3c |, | a-c |, | a-5c |}
Note that the vector u that generates the first type vector b belongs to the coset of the primary Reed-Muller code with a coset reader weight of 2. The same applies to the second type of vector b . In this case, a set of absolute values of entries of the output vector s = bH is expressed by the following equation.
{| A + 6e-d |, | a + d |, | a-2e-d |}
Therefore, the PAPR of the DS-
PAPRが小さいシステムを得るためには、EB=EAを実現し、式(11)を最小にするよう振幅b、c、およびeを選択しなければならない。
この最適化問題の例示的な一解決策では、以下の振幅が得られている。
c=0.6125123893・a、e=0.611・a、d=1.837572876・a
このように選択すると、EB=EA、およびPAPR=2.013となることは明らかであろう。
In order to obtain a system with a low PAPR, the amplitudes b, c, and e must be chosen to achieve E B = E A and minimize Equation (11).
In an exemplary solution to this optimization problem, the following amplitude is obtained:
c = 0.65125123893.a, e = 0.611.a, d = 1.837572876.a
It will be apparent that such a selection results in E B = E A and PAPR = 2.014.
DS−CDMAシステム300の変形形態
PAPRが小さいだけでなく、ビット・エラー確率が低いことも求められる。次のセクションでは、復号アルゴリズムについて説明する。ビット・エラー確率を最小化するために、信号対雑音比(SNR)が低いチャネルと、高いチャネルとで異なるアプローチを用いることに注意されたい。信号対雑音比が高いチャネルの場合は、最小距離が大きいコード・ブックほどビット・エラー確率が低くなる。コード・ブックBの最小距離は、次式で定義される。
d(B)=min{dist(x,y)=(x0−y0)2+(x1−y1)2+...+(x7−y7)2:x,y∈B}
ベクトルの形式が
最後に、ベクトルの形式が
d (B) = min {dist ( x , y ) = (x 0 −y 0 ) 2 + (x 1 −y 1 ) 2 +. . . + (X 7 −y 7 ) 2 : x , y ∈ B}
The vector format is
Finally, the vector format is
所望のPAPRが2.2であるとする。距離d2およびd3の最小値がコード・ブックの最小距離を定義することは明らかであろう(距離d1は常にd2およびd3よりかなり大きい)。したがって、一定値c、d、およびeの最適な選択は、PAPRB≒2.2およびEA=EBである状態でd2≒d3となるような選択である。 Let the desired PAPR be 2.2. It will be clear that the minimum of distances d 2 and d 3 defines the minimum distance of the code book (distance d 1 is always much larger than d 2 and d 3 ). Therefore, the optimal selection of the constant values c, d, and e is such that d 2 ≈d 3 with PAPR B ≈2.2 and E A = E B.
たとえば、c=0.611617844・a、e=0.63d3a、およびd=1.813520605d3aと選択すると、PAPR≒2.2009およびd1≒2.992・a2、d2=2.987・a2、d3=3.1752・a2であるDS−CDMAシステムが得られる。 For example, if c = 0.611617844 · a, e = 0.63d 3 a, and d = 1.813520605d 3 a, then PAPR≈2.2009 and d 1 ≈2.992 · a 2 , d 2 = 2 A DS-CDMA system with .987 · a 2 and d 3 = 3.1752 · a 2 is obtained.
図5は、付加白色ガウス雑音(AWGN)チャネルが存在する状態での、従来のDS−CDMAシステム100と本発明のDS−CDMAシステム300の相対的な復号性能(信号対雑音比に対するビット・エラー確率)を示すプロット500である。本発明の別の態様によれば、所定のしきい値によって区別されたチャネルの信号対雑音比(SNR)の高低に基づいて、異なる2つのコード・ブックを用いる。したがって、ビット・エラー確率を最小化するために、信号対雑音比(SNR)が低いチャネルと、高いチャネルとで異なるアプローチを用いる。信号対雑音比が高いチャネルの場合は、最小距離が大きいコード・ブックほどビット・エラー確率が低くなる。たとえば、図5に示すように、SNRが2を超える場合は、図3のDS−CDMAシステム300に関連付けられたコード・ブックのほうがビット・エラー確率が低くなる。
DS−CDMAシステム300の場合の復号
FIG. 5 shows the relative decoding performance (bit error versus signal-to-noise ratio) of the conventional DS-
Decoding for DS-
変数b0の再構成については、システムAの場合とまったく同じ手続きを用いる。システムBおよびCでは、0番目のストリームで送信する信号の振幅をシステムAの場合と同じにするので、エラーの確率も同じになる。システムBおよびCにおける他のストリームからの再構成情報についても、システムAの場合と同じ逆拡散手続きを用いることができる。ただし、ストリーム1、2、...、7の信号振幅がシステムAの場合より低いので、ビット・エラー確率が高くなる。このため、逆拡散に加えて、受信ベクトルの事後確率(APP)復号を行うことができる。
もう一度、ベクトルb=(b0,b1,...,b7)を送信するとする。雑音があるチャネルに出力ベクトル
Assume again that the vector b = (b 0 , b 1 ,..., B 7 ) is transmitted. Output vector on noisy channel
図6は、一例示的復号プロセス600を表すフロー・チャートである。図6に示すように、例示的復号プロセス600は以下を実施する。
1.0から7までのiについて、yi=x・w iを計算する。
2.Bのすべてのb=(b0,b1,...,b7)について、次式を計算する。
For i from 1.0 to 7, calculate y i = x · w i .
2. For all b = (b 0 , b 1 ,..., B 7 ) of B, calculate:
標準的な引数を使用すると(たとえば、L.R.Bahlら、「Optimal Decoding of Linear Codes for Minimizing Symbol Error Rate」、IEEE Trans.Inform.Theory、20、284〜87頁、1974年を参照されたい)、次式が成り立つことは明らかであろう。
すなわち、tiは、i番目のビットの対数尤度比である。アルゴリズム600は、約1000回の実数演算を要する。
本明細書で示した実施形態および変形形態は本発明の原理を単に例示したものであること、ならびに、当業者であれば、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく種々の変更を実施できることを理解されたい。
That, t i is the log-likelihood ratio of the i-th bit. The algorithm 600 requires about 1000 real number operations.
The embodiments and variations presented herein are merely illustrative of the principles of the present invention and that various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. I want you to understand.
Claims (10)
ピーク対平均電力比を低減するように前記コード・ブックの各ベクトルの振幅値および極性値を選択する工程を含む方法。 A method of generating a code book comprising a plurality of vectors for use in a CDMA system,
Selecting an amplitude value and a polarity value for each vector of the code book to reduce a peak-to-average power ratio.
複数の乗算器を備え、前記乗算器のそれぞれは、符号化されたデータ・ストリームに、対応する拡散符号を乗じ、前記符号化されたデータ・ストリームは、複数のベクトルからなるコード・ブックに基づき、前記ベクトルのそれぞれは、ピーク対平均電力比を低減するように選択された、均一でない振幅値を有し、
前記複数の乗算器のそれぞれの出力を送信のためにまとめる結合器を備えた送信機。 A transmitter in a CDMA system comprising:
A plurality of multipliers, wherein each of the multipliers multiplies the encoded data stream by a corresponding spreading code, and the encoded data stream is based on a code book comprising a plurality of vectors. , Each of the vectors has a non-uniform amplitude value selected to reduce the peak-to-average power ratio;
A transmitter comprising a combiner for combining the outputs of the plurality of multipliers for transmission.
The encoded data stream is in a first code book for use under conditions of a first signal to noise ratio and a second code book for use under conditions of a second signal to noise ratio. The method according to claim 7, which is based on.
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